CN202047742U - 一种回转冲击式凿岩钻机及双层钻杆机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回转冲击式凿岩钻机及双层钻杆机构，它包括激振机构、旋转机构及冲洗机构，旋转机构由回转箱体、主动齿轮、回转齿轮及回转联结套构成，回转齿轮紧套在回转联结套上并与主动齿轮相啮合；回转联结套内有联结杆，回转联结套与双层钻杆机构连接，双层钻杆机构的外层旋转钻管内有经导向轴瓦定位的冲击钻柱，内层冲击钻柱顶部设有用于连接联结杆的卡锁，钻头联结套内设有与冲击钻柱相连接的冲击头，位于冲击头下方的钻头经前联结与钻头联结套连接。由于冲击头位于双层钻杆机构底部，直接作用于钻头上，产生的冲击能不会随着钻杆长度增加而减弱，具有液压凿岩机的高效率，又具有潜孔钻机冲击能传递好，钻孔笔直优点，而且容易产生高冲击能，实现大孔径钻孔和深孔凿岩。

Description

一种回转冲击式凿岩钻机及双层钻杆机构

技术领域

本实用新型涉及工程机械及矿山机械技术领域，特别是用于在钻具方向上产生冲击波脉冲的回转冲击式凿岩钻机。

背景技术

凿岩机是一种用于岩石钻孔的机械设备，目前市面上凿岩设备主要以气动潜孔钻机和顶部冲击式液压凿岩钻机为主。气动潜孔钻机其冲击机构潜孔锤处于底部，能够很好的传递冲击能，具有结构简单、操作简便、钻孔笔直等优点，但其能耗高，凿岩速度低、钎具磨损快。液压凿岩机冲击机构位于顶部，通过撞击钻杆传递冲击能，因其能量利用率高、凿岩速度快、环境污染低和易于实现自动化而逐渐取代气动和电动凿岩机，液压凿岩技术在国外矿山、水电、隧道交通等诸多领域已经得到了很好的推广应用。在常规液压凿岩机中，冲击波脉冲借助于冲击活塞产生，该冲击活塞撞击钎尾将冲击波传递到钻杆上，钻杆进一步将冲击波传递到钻头。因其通过冲击钻杆传递冲击能，随着钻杆长度增加，传递到钻头的冲击能受到衰减，存在炮孔易产生偏斜，钻孔精度低等不足。并且当前的液压凿岩机工作原理都是利用液压压差作用，迫使冲击活塞在油缸体内作高速往复运动，产生冲击能，受液压元件限制，其冲击能大小受到限制，因此对于大孔径和深孔凿岩作业，其表现并不理想。例如，中国专利申请号为“200780041358”，名称为“凿岩方法和凿岩机”的发明专利。中国专利申请号为“200780002786”名称为“冲击装置和包括这种冲击装置的凿岩机”的发明专利。也有些顶部冲击式液压凿岩钻机为了降低炮孔偏斜程度，采用双层套管，例如Atlas Copco公司的Coprod，但其只是对顶部冲击式凿岩钻机的改进，效果并无实质性改变。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有液压凿岩机的高效率，又具有潜孔钻机冲击能传递好，钻孔笔直优点；并且容易产生高冲击能，实现大孔径钻孔和深孔凿岩的回转冲击式凿岩钻机以及其采用的双层钻杆机构。

本实用新型以如下技术方案解决上述技术问题：

第一发明点，回转冲击式凿岩钻机包括由液压马达、激振箱体、偏心轴、齿轮及偏心块构成的激振机构，旋转机构通过带弹簧的导杆安装在激振机构的底部，冲洗机构安装在旋转机构的底部，其特征在于，所述旋转机构由回转箱体及安装在回转箱体内的主动齿轮、回转齿轮及回转联结套构成，回转齿轮紧套在回转联结套上并与主动齿轮相啮合；回转联结套内有安装在激振箱体底部的联结杆，回转联结套穿过冲洗机构后与双层钻杆机构连接，双层钻杆机构包括外层旋转钻管和内层冲击钻柱，内层冲击钻柱经导向轴瓦定位于外层旋转钻管内，内层冲击钻柱顶部设有用于连接联结杆的卡锁，钻头联结套连接于双层钻杆机构底部，钻头联结套内设有与内层冲击钻柱相连接的冲击头，位于冲击头下方的钻头经前联结与钻头联结套连接。

所述双层钻杆机构由外层旋转钻管与内层冲击钻柱组成，其外层旋转钻管与钻头联结套采用螺纹联接；双层钻杆机构相应设有多根，外层旋转钻管之间采用螺纹联接，内层冲击钻柱之间采用卡扣联接；内层冲击钻柱与外层旋转钻管之间设有导向轴瓦、锁杆耳和复位弹簧，锁杆耳紧套在内层冲击钻柱上，复位弹簧设在锁杆耳与导向轴瓦之间，以使外层旋转钻管分离时冲击钻柱保持原位。

所述激振机构采用成对偏心轴和偏心块组成的偏心振动机构。

所述冲击头上设有卡锁，通过该卡锁与双层钻杆机构的内层冲击钻柱相联接。

第二发明点，双层钻杆机构，它主要由外层旋转钻管和内层冲击钻柱组成，内层冲击钻柱通过导向轴瓦定位于外层旋转钻管中，外层旋转钻管与内层冲击钻柱的两端设有用于与其它机构相联结的连接件，内层冲击钻柱可以在外层旋转钻管中作一定位移的反复运动。

本实用新型采用激振机构带动双层钻杆机构的内层冲击钻柱作反复运动，冲击钻柱带动冲击头直接冲击钻头，产生冲击能，由于冲击头位于双层钻杆机构底部，直接作用于钻头上，因而作用在钻头上的冲击能不会随着钻杆长度增加而减弱；本实用新型具有液压凿岩机的高效率，又具有潜孔钻机冲击能传递好，钻孔笔直优点；而且容易产生高冲击能，实现大孔径钻孔和深孔凿岩。

附图说明

图1是本实用新型回转冲击式凿岩钻机的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视示意图。

图3是图1中双层钻杆机构与钻头连接的放大示意图。

图中：激振机构1，联结杆2，旋转机构3，弹簧4，第二液压马达5，回转齿轮6，主动齿轮7，回转箱体8，回转联结套9，冲洗机构10，双层钻杆机构11，冲击头12，钻头13，第一液压马达14，第一主动偏心轴15，激振箱体16，第一偏心块17，第一主动齿轮18，导杆19，第二偏心轴20，第二偏心块21，第一从动齿轮22，复位弹簧23，卡锁24，内层冲击钻柱25，导向轴瓦26，锁杆耳27，外层旋转钻管28，钻头联结套29，前联结30。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型采用的激振机构1可采用中国专利申请号为201010596120.4、发明名称为“一种冲击式液压凿岩机”所涉及的冲击机构。本实施例采用的激振机构1由第一液压马达14、激振箱体16、第一主动偏心轴15、第一主动齿轮18、第一从动齿轮22、第一偏心块17、第二偏心块21、第二偏心轴20及联结杆2构成，也可以根据需要安装两根或四根或更多的成对偏心轴及偏心块。激振机构中两根同样的偏心轴并排在激振箱体上构成偏心组，偏心轴上安装有同样的偏心块和齿轮，偏心组中的第一主动齿轮18与第一从动齿轮22相互啮合，偏心组中的第一主动偏心轴15与第一液压马达14相连接，激振箱体16的底部安装有联结杆2，联结杆2与双层钻杆机构11的内层冲击钻柱25经卡锁24联结。

旋转机构3通过呈对称设置并带有弹簧4的导杆19安装在激振机构1的底部，导杆19设有四根或四根以上。旋转机构3由回转箱体8及安装在回转箱体8内的主动齿轮7、回转齿轮6及回转联结套9构成，回转齿轮6紧套在回转联结套9上，与回转齿轮6相啮合的主动齿轮7的齿轮轴与第二液压马达5相连接，回转联结套9内有安装在激振箱体16底部的联结杆2。

冲洗机构10安装在旋转机构3的底部，回转联结套9穿过冲洗机构10后与双层钻杆机构11的外层旋转钻管28经螺纹连接。

双层钻杆机构11由外层旋转钻管28与内层冲击钻柱25组成，内层冲击钻柱25顶部设有用于连接联结杆2的卡锁24；钻头联结套29位于其底部，与双层钻杆机构11的外层旋转钻管28由螺纹连接；双层钻杆机构11可相应设有多根，外层旋转钻管28之间采用螺纹联接，内层冲击钻柱25之间采用卡扣联接；内层冲击钻柱25与外层旋转钻管28之间设有导向轴瓦26、锁杆耳27和复位弹簧23，锁杆耳27紧套在内层冲击钻柱25上，复位弹簧23设在锁杆耳27与导向轴瓦26之间，以使外层旋转钻管分离时冲击钻柱保持原位。

所述双层钻杆机构11也可以应用于其它领域，其内层冲击钻柱25通过导向轴瓦26定位于外层旋转钻管28中，外层旋转钻管28与内层冲击钻柱28的两端设有用于与其它机构相联结的连接件，内层冲击钻柱25可以在外层旋转钻管28中作一定位移的反复运动。

冲击头12置于钻头联结套29之内，与双层钻杆机构11的内层冲击钻柱25底部通过卡锁24联接，并直接冲击作用于钻头13上。位于冲击头12下方的钻头13经前联结30与钻头联结套29连接。

内层冲击钻柱25通过置于外层旋转钻管28凹槽上的导向轴瓦26定位，内层冲击钻柱25上有锁杆耳27和复位弹簧23，能使外层旋转钻管28分离时冲击钻柱25保持原位。

正常工作时，第一液压马达14驱动第一主动偏心轴15转动，同时带动第一主动齿轮18转动，与第一主动齿轮18相啮合的第一从动齿轮22也随之转动，并带动第二从动偏心轴20进行同步反向旋转，从而实现第一偏心块17和第二偏心块21同步反向旋转，两个偏心块转动产生的离心力在两个偏心轴中心连线方向上的分量在同一时间内相互抵消，而在两个偏心轴中心连线的垂直方向上的分量则相互叠加并形成激振力。激振力频率和激振力大小可以通过第一液压马达14转速控制来进行调节。

激振箱体16在激振力的作用下可以在导杆19上做反复运动，产生脉冲振动，激振箱体16在运动时通过联结杆2带动内层冲击钻柱25一起做反复运动。内层冲击钻柱25带动位于底部的冲击头12一起做高速反复运动，冲击头12直接冲击于钻头13上，由此对钻头13产生冲击能。外层旋转钻管28只传递旋转扭矩，内层冲击钻柱25不作旋转运动，在平行外层旋转钻管28方向上能相对外层旋转钻管作一定位移的反复运动。

第二液压马达5驱动回转箱体8内的主动齿轮7旋转，同时带动与之相啮合的回转齿轮6转动，回转齿轮6紧套在回转联结套9上，回转联结套9与双层钻杆机构11的外层旋转钻管28相联接，由此带动外层旋转钻管28旋转，外层旋转钻管28与钻头联结套29和前联接30相联接，由此带动钻头13旋转运动。根据需要，也可以采用双液压马达驱动以增大扭矩。

冲洗机构12通过连接高压空气或高压水，将其导入回转联结套9的导气孔，再通过双层钻杆机构11的内层冲击钻柱25与外层旋转钻管28之间的空隙，并穿过冲击头12上的孔，再从钻头13喷出进行冲洗凿岩后产生的石粉。

本实用新型采用激振机构的偏心组不限定于一组，可采用两组或多组。也可以采用多层或多排偏心组的结构。

为了使激振箱体在振动过程中不易发生偏移，呈对称设置的导杆也可以是四根以上，各导杆的顶部可以通过顶板相互连接。

根据不断深入凿岩的需要，外层旋转钻管28与内层冲击钻柱25可相应增加根数，外层旋转钻管28之间可采用螺纹联接方式连接，也可采用其它方式连接，内层冲击钻柱25与联结杆2及冲击头12的联接方式不仅限于卡扣联接方式，多条冲击钻柱在接杆时与上条杆冲击钻柱的联接方式不仅限于卡扣联接方式，只要能将两者联接起来一起运动的方式都可采用，并且都在本实用新型的保护范围。

本实用新型采用特有的双层钻杆机构，使冲击能不需要通过撞击钻柱传递到钻头，钻柱所起到的作用类似于冲击活塞，直接带动冲击头产生冲击波作用于钻头上，实现了底部冲击凿岩，与传统顶部冲击式液压凿岩钻机有本质上的区别。此外，产生振动脉冲的装置并不像已知技术采用液压压差作用，迫使冲击活塞在油缸体内作高速往复运动产生冲击波，而是采用偏心轮振动原理产生，因而其冲击能可以根据需要轻易放大，并且易于调节。

本实用新型可采用全液压驱动方式，具有高效率、低能耗优点。也可根据需要，采取电机驱动。

本实用新型不限于上述的实施方式，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种回转冲击式凿岩钻机，包括由液压马达、激振箱体、偏心轴、齿轮及偏心块构成的激振机构，旋转机构通过带弹簧的导杆安装在激振机构的底部，冲洗机构安装在旋转机构的底部，其特征在于，所述旋转机构由回转箱体及安装在回转箱体内的主动齿轮、回转齿轮及回转联结套构成，回转齿轮紧套在回转联结套上并与主动齿轮相啮合；回转联结套内有安装在激振箱体底部的联结杆，回转联结套穿过冲洗机构后与双层钻杆机构连接，双层钻杆机构包括外层旋转钻管和内层冲击钻柱，内层冲击钻柱经导向轴瓦定位于外层旋转钻管内，内层冲击钻柱顶部设有用于连接联结杆的卡锁，钻头联结套连接于双层钻杆机构底部，钻头联结套内设有与内层冲击钻柱相连接的冲击头，位于冲击头下方的钻头经前联结与钻头联结套连接。

2.根据权利要求1所述回转冲击式凿岩钻机，其特征在于，所述双层钻杆机构由外层旋转钻管与内层冲击钻柱组成，其外层旋转钻管与钻头联结套采用螺纹联接；双层钻杆机构相应设有多根，外层旋转钻管之间采用螺纹联接，内层冲击钻柱之间采用卡扣联接；内层冲击钻柱与外层旋转钻管之间设有导向轴瓦、锁杆耳和复位弹簧，锁杆耳紧套在内层冲击钻柱上，复位弹簧设在锁杆耳与导向轴瓦之间，以使外层旋转钻管分离时冲击钻柱保持原位。

3.根据权利要求1所述的回转冲击式凿岩钻机，其特征在于，所述激振机构采用成对偏心轴和偏心块组成的偏心振动机构。

4.根据权利要求1所述的回转冲击式凿岩钻机，其特征在于，所述冲击头上设有卡锁，通过该卡锁与双层钻杆机构的内层冲击钻柱相联接。

5.双层钻杆机构，其特征在于，它主要由外层旋转钻管和内层冲击钻柱组成，内层冲击钻柱通过导向轴瓦定位于外层旋转钻管中，外层旋转钻管与内层冲击钻柱的两端设有用于与其它机构相联结的连接件，内层冲击钻柱可以在外层旋转钻管中作一定位移的反复运动。

Images